高強(qiáng)高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定等系列優(yōu)點(diǎn)，是衛(wèi)星和航天器的主體結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu)和防護(hù)結(jié)構(gòu)等不可替代的關(guān)鍵材料。

中國科學(xué)院寧波材料所特種纖維事業(yè)部長期致力于國產(chǎn)高性能碳纖維技術(shù)研發(fā)，于2016年2月、2018年3月相繼實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)M55J、M60J高強(qiáng)高模碳纖維制備技術(shù)突破。

在國產(chǎn)高強(qiáng)高模碳纖維系列化制備技術(shù)基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)對國產(chǎn)M55J級高強(qiáng)高模碳纖維微觀結(jié)構(gòu)——宏觀性能關(guān)聯(lián)性等領(lǐng)域基礎(chǔ)科學(xué)問題開展了深入研究，通過纖維截面形貌研究發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)M55J高模碳纖維截面呈規(guī)則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰圓形。

國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面形貌對比

進(jìn)一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結(jié)構(gòu)演變機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結(jié)構(gòu)D峰、石墨特征結(jié)構(gòu)G峰的半高寬存在一定函數(shù)關(guān)系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高。同時(shí)，國產(chǎn)M55J碳纖維拉伸強(qiáng)度高達(dá)4.86 GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02 GPa。

國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維石墨微晶取向?qū)Ρ?/strong>

結(jié)合該性能差異針對其微觀結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，石墨微晶層間距和微晶取向是影響高模碳纖維拉伸強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，國產(chǎn)M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國產(chǎn)M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向，說明高取向石墨微晶結(jié)構(gòu)有利于高模碳纖維拉伸強(qiáng)度的提高。